Elektronenpaare auf Knopfdruck
Die von der Quelle (A) emittierten Elektronenpaare werden an der Barriere (B) aufgespalten und fließen in zwei getrennte elektrische Leitungen ab (Pfeil).
In der Quantenoptik ist die Erzeugung verschränkter und räumlich getrennter Photonenpaare z. B. für die Quantenkryptografie bereits Realität. Eine analoge Erzeugung und räumliche Trennung verschränkter Elektronenpaare in Festkörpern konnte allerdings bislang noch nicht nachgewiesen werden.
Nun sind Physiker der Leibniz Universität Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) einen wichtigen Schritt in dieser Richtung vorangekommen. Sie konnten erstmals die paarweise Emission von Elektronen aus einem Halbleiter-Quantenpunkt und deren anschließende räumliche Aufspaltung in zwei getrennte Leiter nachweisen. Ihre Ergebnisse sind in der aktuellen Online-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht.
Die gezielte Kontrolle und Manipulation quantenmechanischer Zustände könnte in Zukunft vielversprechende Anwendungen wie Quantencomputer und Quantenkryptografie ermöglichen. In der Quantenoptik ist eine derartige gezielte Kontrolle und Manipulation von Quantenzuständen bereits seit einiger Zeit Realität.
So können zum Beispiel gezielt Paare von verschränkten, aber räumlich getrennten Photonen erzeugt werden, die für die Quantenkryptografie von grundlegender Bedeutung sind. Eine analoge Erzeugung und räumliche Trennung verschränkter Elektronen in Festkörpern wäre für zukünftige Anwendungen von großer Bedeutung, konnte allerdings bislang noch nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse aus Hannover und Braunschweig sind ein wichtiger Schritt hin zu diesem Ziel.
Als Elektronenquelle nutzten die Physiker der Leibniz Universität Hannover und der PTB sogenannte Halbleiter-Einzelelektronenpumpen. Diese emittieren bei gezielter Anregung durch Spannungspulse jeweils eine bestimmte Anzahl von Elektronen.
Die Einzelelektronenpumpe wurde dabei so betrieben, dass sie pro Spannungspuls, quasi auf Knopfdruck, jeweils genau ein Elektronenpaar in einen Halbleiterkanal abgab. Im Kanal befand sich wiederum eine halbdurchlässige elektronische Barriere, die den Kanal in zwei elektrisch getrennte Bereiche teilte.
Über eine sogenannte Korrelationsmessung wurde anschließend aufgezeichnet, ob die Elektronenpaare die Barriere passierten, an ihr reflektiert oder von ihr aufgetrennt wurden. Dabei zeigte sich, dass bei geeigneter Wahl der Parameter tatsächlich mehr als 90 Prozent der Elektronenpaare an der Barriere aufgespalten und räumlich getrennt wurden. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zur gezielten Erzeugung und Trennung verschränkter Elektronenpaare in Halbleiterbauteilen.
es/ptb
Ansprechpartner:
Dr. Niels Ubbelohde, Arbeitsgruppe 2.53 Niedrigdimensionale Elektronensysteme,
Telefon: (0531) 592-2534, E-Mail: niels.ubbelohde@ptb.de
Die Originalveröffentlichung:
Niels Ubbelohde, Frank Hohls, Vyacheslavs Kashcheyevs, Timo Wagner, Lukas Fricke, Bernd Kästner, Klaus Pierz, Hans W. Schumacher, Rolf J. Haug: Partitioning of on-demand electron pairs. Nature Nanotechnology (2014), doi: 10.1038/nnano.2014.275
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.275.html
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/de/aktuelles/archiv/presseinfos/pi2014/pitext/pi141202a.html
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie
Von grundlegenden Gesetzen der Natur, ihre elementaren Bausteine und deren Wechselwirkungen, den Eigenschaften und dem Verhalten von Materie über Felder in Raum und Zeit bis hin zur Struktur von Raum und Zeit selbst.
Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Berichte und Artikel, unter anderem zu den Teilbereichen: Astrophysik, Lasertechnologie, Kernphysik, Quantenphysik, Nanotechnologie, Teilchenphysik, Festkörperphysik, Mars, Venus, und Hubble.
Neueste Beiträge
Diamantstaub leuchtet hell in Magnetresonanztomographie
Mögliche Alternative zum weit verbreiteten Kontrastmittel Gadolinium. Eine unerwartete Entdeckung machte eine Wissenschaftlerin des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart: Nanometerkleine Diamantpartikel, die eigentlich für einen ganz anderen Zweck bestimmt…
Neue Spule für 7-Tesla MRT | Kopf und Hals gleichzeitig darstellen
Die Magnetresonanztomographie (MRT) ermöglicht detaillierte Einblicke in den Körper. Vor allem die Ultrahochfeld-Bildgebung mit Magnetfeldstärken von 7 Tesla und höher macht feinste anatomische Strukturen und funktionelle Prozesse sichtbar. Doch alleine…
Hybrid-Energiespeichersystem für moderne Energienetze
Projekt HyFlow: Leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Energiespeichersystem für moderne Energienetze. In drei Jahren Forschungsarbeit hat das Konsortium des EU-Projekts HyFlow ein extrem leistungsfähiges, nachhaltiges und kostengünstiges Hybrid-Energiespeichersystem entwickelt, das einen…
